Início da vida na Terra limitado por enzimas
A enzima nitrogenase pode ser rastreada até o ancestral comum universal
de todas as células há mais de quatro bilhões de anos atrás.
Encontrada apenas em bactérias atualmente, a nitrogenase é essencial para a produção de oxigênio a
partir da água na fotossíntese, tornando-a fundamental na maneira como
as bactérias aquáticas produziram o primeiro oxigênio molecular da Terra
há 2,5 bilhões de anos.
"Durante metade dos 4,6 bilhões de anos de existência da Terra, a atmosfera continha apenas dióxido de carbono e nitrogênio, sem oxigênio, mas isso mudou quando as cianobactérias, também conhecidas como algas verde-azuladas
, começaram a produzir o primeiro oxigênio usando nitrogenase. Isso
levou à Grande Oxidation Event ", explicou o professor John Allen (UCL
Genetics, Evolution & Environment).
"Mas, em vez de aumentar constantemente, os níveis de oxigênio atmosférico se
estabilizaram em 2% em volume por cerca de dois bilhões de anos antes
de aumentar para o nível atual de 21%. As razões para isso foram
debatidas há muito tempo pelos cientistas e achamos que finalmente
encontramos uma solução simples. resposta ainda robusta ".
Um estudo publicado hoje no Trends in Plant Sciences
por pesquisadores da UCL, da Universidade Queen Mary de Londres e da
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, propõe pela primeira vez que o
oxigênio atmosférico produzido usando nitrogenase impediu o
funcionamento da enzima.
Esse ciclo de feedback negativo impediu que mais oxigênio fosse
produzido e iniciou um longo período de estagnação na história da Terra,
cerca de 2,4 bilhões de anos atrás.
Com duração de quase dois bilhões de anos, o Proterozoico Eon viu muito
poucas mudanças na evolução da vida, composição do oceano e da
atmosfera e clima, levando alguns a chamá-lo de 'bilhão chato'.
"Há muitas idéias sobre por que os níveis de oxigênio atmosférico se
estabilizaram em 2% por um período incrivelmente longo, incluindo o
oxigênio reagindo com íons metálicos, mas notavelmente, o papel
principal da nitrogenase foi completamente esquecido", disse o co-autor
do estudo, professor. William Martin (Universidade de
Heinrich-Heine-Düsseldorf).
"Nossa teoria é a única que explica o impacto global na produção de
oxigênio por um período tão longo e explica por que foi capaz de subir
aos níveis que vemos hoje, alimentando a evolução da vida na Terra".
A equipe diz que o ciclo de feedback negativo terminou apenas quando as usinas conquistaram terras há cerca de 600 milhões de anos atrás.
Quando as plantas terrestres emergiram, suas células produtoras de
oxigênio nas folhas foram fisicamente separadas das células contendo
nitrogenase no solo. Essa separação permitiu que o oxigênio se acumulasse sem inibir a nitrogenase.
Essa teoria é apoiada por evidências no registro fóssil de
que as cianobactérias começaram a proteger a nitrogenase em células
dedicadas chamadas heterocistos cerca de 408 milhões de anos atrás, uma
vez que os níveis de oxigênio já estavam aumentando da fotossíntese em
plantas terrestres.
"A nitrogenase é essencial para a vida e o processo de fotossíntese,
pois fixa o nitrogênio no ar em amônia, que é usada para produzir
proteínas e ácidos nucléicos ", disse a co-autora Brenda Thake (Universidade Queen Mary de Londres).
"Sabemos, estudando as cianobactérias em laboratório, que a nitrogenase
deixa de funcionar a níveis atmosféricos atuais superiores a 10%, ou
seja, 2% em volume, pois a enzima é rapidamente destruída pelo oxigênio.
Apesar de ser conhecido pelos biólogos, não foi foi sugerido como um
motorista por trás de um dos grandes mistérios da Terra, até agora. "
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